Efeito dos surfactantes dodecilbenzenosulfonato de sódio e brometo de cetiltrimetilamônio nas propriedades físico-químicas do hidróxido de níquel

Abstract

Resumo: Atualmente, há uma crescente demanda por dispositivos de armazenamento de energia mais eficientes, em razão disso, vários materiais vêm sendo estudados para essa aplicação. Dentre eles se destaca o Ni(OH)2, o qual apresenta um ótimo desempenho eletroquímico. As propriedades eletroquímicas desse material são melhoradas quando o mesmo assume a forma conhecida como ?-Ni(OH)2, que apresenta uma estrutura lamelar menos compacta e com maior grau de defeitos estruturais, entretanto, essa fase é termodinamicamente instável, sendo facilmente convertida à forma ?-Ni(OH)2, que possui um comportamento eletroquímico menos eficiente. No presente trabalho, foi descrita a síntese química do Ni(OH)2 na presença de diferentes surfactantes, DBSNa e CTAB, e analisado como a presença dessas espécies pode modificar as propriedades físico-químicas do hidróxido metálico. Além do efeito dos surfactantes, também foi estudada a influência da radiação ultrassônica no preparo do material com e sem surfactantes. Os materiais formados foram caracterizados por medidas de potencial zeta, MET, FTIR, DRX, TGA e VC com eletrodos de pasta de carbono modificados. Os resultados de VC indicaram que a presença de surfactantes melhora a capacidade de ciclagem dos eletrodos. As técnicas de caracterização indicaram que a presença de íons DBS- afeta de maneira significativa a estrutura lamelar do Ni(OH)2, sugerindo a formação de partículas sob as formas ?-Ni(OH)2 ou ?bd-Ni(OH)2. Por outro lado, o CTA+ não oferece contribuição para a estabilização da fase alfa, originando material sob a forma ?-Ni(OH)2. Segundo as análises de MET, as partículas geradas em todas as sínteses são bastante pequenas, inferiores a 10 nm, favorecendo ainda mais os processos de difusão que acompanham os processos de redução e oxidação no estado sólido. No entanto, a presença do ultrassom agiu de modo a favorecer a formação de estruturas mais organizadas, que se assemelham à fase beta. Eletrodos de pasta de carbono modificados com os materiais sintetizados no trabalho, foram submetidos à testes galvanostáticos de carga e descarga, com a intenção de avaliar os valores de capacitância para futura aplicação em dispositivos de armazenamento de energia, tais como os supercapacitores. Os resultados indicaram que os eletrodos contendo surfactantes preparados via agitação magnética apresentaram bons resultados de capacitância, bem como mantiveram uma menor variação desses valores com o aumento da densidade de corrente.

Abstract: Currently, there is a growing need for more efficient energy storage devices, because of this, several materials have been studied for this application. Among them Ni(OH)2 stands out, which presents an excellent electrochemical performance. Nickel hydroxide is a material extensively explored due to its optimum electrochemical performance. As in recent years, the demand for energy storage devices has increased, and with it, the development of materials based on Ni(OH)2 for this purpose has been extensively studied. The electrochemical properties of the material are improved when it takes the form known as ?-Ni(OH)2, presenting a less compact lamellar structure and a higher degree of structural defects, however, this phase is thermodynamically unstable and is easily converted to ?-Ni(OH)2 form, which has a less efficient electrochemical behavior. This work described the chemical synthesis of Ni(OH)2 in the presence of different surfactants, DBSNa and CTAB, and analyzed the presence of these species can modify the physicochemical properties of the metal hydroxide. Besides the effect of surfactants, has also been depicted the influence of ultrasonic radiation in the material prepared with and without surfactants. The formed materials were characterized by zeta potential measurements, TEM, FTIR, XRD, TGA and CV with modified carbon paste electrodes. The CV results indicated that the presence of surfactant improves the cycling capacity of electrodes. The characterization techniques indicated that the presence of ions DBS- affect significantly the lamellar structure of Ni(OH)2, suggesting the formation of particles under ?-Ni(OH)2 or ?bd-Ni(OH)2 form. In contrast, CTA+ offers no contribution to the stabilization of alpha phase, generating material in the form ?- Ni(OH)2. According to MET analysis, the particles generated in all the synthesis are quite small, less than 10 nm, further favoring the diffusion processes which accompany the oxidation and reduction process in the solid state. However, the presence of ultrasound acted to promote the formation of more organized structures that resemble beta phase. Carbon paste electrode modified with the materials synthesized in the study were submitted to galvanostatic charge and discharge tests, with the intention of evaluating the capacitance values for future use in energy storage devices such as supercapacitors. The results indicated that the electrodes containing surfactants prepared via magnetic stirring showed good results capacitance and remained a minor variation of these values with increasing current density.